xdsl auf dem Vormarsch Zuweilen auf holprigen Wegen, kommen xdsl-techniken gut voran

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1 THEMENSCHWERPUNKT ZUGANGSNETZE Zuweilen auf holprigen Wegen, kommen xdsl-techniken gut voran Andreas Bluschke, Michael Matthews Wenn man den Prognosen der Marktforschungsunternehmen Glauben schenken darf, dann steht der große Boom bei xdsl noch bevor (DSL bedeutet Digital Subscriber Line, das x steht für Anfangsbuchstaben der Varianten). Auch wenn es in letzter Zeit Mitteilungen gab, daß einzelne xdsl-anbieter um das blanke Überleben kämpfen. So hätten laut Medienberichten einige in den USA schon die Geschäftstätigkeit einstellen bzw. Entlassungen vornehmen müssen [1, 2]. In der Tat gibt es bei der breiten Einführung Schwierigkeiten wirtschaftlich-organisatorischer, aber auch technischer Natur. Sie sind für eine Einführungsphase jedoch normal und beherrschbar und werden die weitere Marktdurchdringung allenfalls verzögern, jedoch nicht verhindern. Dr. Andreas Bluschke ist Geschäftsführer, Michael Matthews Entwicklungsingenieur bei der Teleconnect GmbH in Dresden Das Thema in Kürze Daß die in der letzten Meile verlegten Kupferkabel weit höhere Datenübertragungsraten zulassen als bisher üblich, dringt mit den ersten xdsl-marktangeboten nun auch ins Bewußtsein der Öffentlichkeit. Der Beitrag gibt jedoch nicht nur einen fundierten Überblick für potentielle Nutzer, sondern befaßt sich ebenso mit den für Anbieter wichtigen Fragen des spektralen Managements, der Vorabqualifizierung und der Interoperabilität. Sowohl den symmetrischen (SDSL) als auch den asymmetrischen (ADSL) Angeboten wird eine rosige Zukunft vorausgesagt, und xdsl wird sicher nicht den letzten Platz bei den Teilnehmerzahlen der zur Zeit im Gespräch befindlichen Technologien für den Teilnehmeranschlußbereich belegen. Immerhin gibt es, laut ITU, weltweit knapp eine Milliarde kupferbasierende Teilnehmeranschlußleitungen (TAL) [3], die theoretisch für die Übertragung digitaler Signale zur Verfügung stehen. Praktisch sind aber nicht alle TAL für die Übertragung hochbitratiger digitaler Signale geeignet. Die Mehrzahl der Experten geht davon aus, daß etwa 60 bis 80 % der TAL für die hochbitratige Digitalsignalübertragung nutzbar sind [4, 5, 6]. Laut Marktforschungsinstitut IDC wurden im Jahr 2000 in Westeuropa 1 Mio. TAL mit xdsl (ohne Berücksichtigung von ISDN) betrieben [7]. Aktuelle Prognosen zur Marktentwicklung von xdsl gehen von einem weiteren Anstieg der Teilnehmerzahlen aus (12,4 Mio. in 2004 [7]). Nach einzelnen Ländern aufgeschlüsselte Marktprognosen gibt es in [8]. In einer Broschüre von Infineon [9] wird angenommen, daß im Jahr 2002 der Verkauf von SDSL-basierenden Einrichtungen den Verkauf von asymmetrischen übersteigen wird (Bild 1). Teilnehmer in Deutschland sollten bis zum Ende des Jahres 2000 in 600 Ortsnetzen der Deutschen Telekom Literaturhinweise Die im Beitrag genannten Literaturquellen finden Sie im Internet unter Bitte beachten Sie auch passend zum Thema die Vorstellung der xdsl-fibel auf der Seite 62. AG (DTAG) das bei der Telekom T-DSL genannte ADSL nutzen können, entsprechend etwa 60 % der Haushalte [10]. Bis Ende dieses Jahres soll T-DSL für 90 % der Haushalte in Deutschland zugänglich sein [11]. Gegenwärtig wird bei T-DSL mit 768 kbit/s in Abwärtsrichtung gearbeitet. Bei der DTAG beschäftigen sich mittlerweile Projektgruppen mit der Bitratenerhöhung auf bis zu 1,5 Mbit/s. Unbestätigte Informationen besagen, daß die höhere Bitrate ab Sommer dieses Jahres angeboten werden könnte [12]. Einer der Anbieter von SDSL-Lösungen, die Firma QSC, verkaufte im Jahr 2000 nach eigenen Angaben über 9000 Breitbandzugänge [13]. xdsl-buchstabendschungel Die xdsl-variantenvielfalt hat mittlerweile wohl an die 200 Abkürzungen hervorgebracht. Einen Überblick als xdsl-stammbaum gab es z. B. in der NET 4/99 [14]; in der oben genannten xdsl-fibel [15] ist er in aktualisierter Form mit Stand Dezember 2000 enthalten. Die bedeutendsten Vertreter der xdsl-techniken sind ISDN, SHDSL (Single-pair high bit rate DSL), ADSL und VDSL (Very high bit rate DSL). In Bild 2 ist dargestellt, in welcher Phase 27

2 der Marktdurchdringung sich die Techniken gegenwärtig befinden [16]. SHDSL/SDSL SHDSL ist die Bezeichnung der ITU-T für eine verbesserte Version von HDSL-Einpaarsystemen. Bei ETSI spricht man in diesem Zusammenhang von SDSL (zwischen ITU-T- und ETSI-Normen gibt es in Details Unterschiede, die hier jedoch nicht behandelt werden). Bedingt durch eine verbesserte Signalverarbeitung und die Anwendung einer anderen Codierung (TCPAM Trelliscodierte Pulsamplitudenmodulation) konnten eine größere Reichweite und ein besseres spektrales Verhalten erzielt werden [17]. Die Normungsaktivitäten sind wie auch der nachfolgende Beitrag zeigt noch relativ jung. Die Hauptanwendung wird in der Netzanbindung für kleine und mittlere Unternehmen gesehen. Bei Infineon geht man davon aus, daß sich SHDSL anschickt, ISDN abzulösen [18]. Neben den schon von HDSL bekannten Anwendungsfällen (T1-, E1-Ersatz, Voice-Pair-Gain-Systeme) wird SHDSL sehr oft mit VoDSL (Voice over DSL) in Verbindung gebracht. ADSL Während SHDSL anfänglich hauptsächlich auf Geschäftskunden ausgerichtet war, orientierte man sich mit ADSL von Anfang an auf den Privatkundenmarkt und setzte daher auf ein asymmetrisches Verhältnis der Datenströme in Abwärts- (von der Vermittlungsstelle zum Teilnehmer) und Aufwärtsrichtung (vom Teilnehmer Bild 2: Marktdurchdringung der xdsl-technologien nach [16] zur Vermittlungsstelle). Außerdem forderte man die zeitgleiche Übertragungsmöglichkeit von Sprache und Daten. Im Ergebnis wurde eine Realisierung mit Splittern auf der Vermittlungsstellen- und Teilnehmerseite genormt. Nach einem jahrelangen Glaubenskrieg bezüglich der Modulationsverfahren DMT (Discrete Multitone Technology) und CAP (Carrierless Amplitude Phase Modulation) hat sich nun seit einigen Jahren DMT in der Normung durchgesetzt. CAP findet noch bei RADSL (Rate Adaptive ADSL) Anwendung. Die gegenwärtig populärste Anwendung von ADSL in Deutschland ist das T-DSL genannte Angebot der Telekom. Zwischenzeitlich gab es mit dem sog. G.lite (oder ADSL.lite), forciert von UAWG, Bestrebungen, auf der Teilnehmerseite ohne Splitter auszukommen, um die Installationskosten zu reduzieren. In letzter Zeit ist es um G.lite relativ ruhig geworden. VDSL Bild 1: Entwicklung der Verkaufszahlen von xdsl-equipment (Quelle: Infineon [9]) Bereits im Juni 1994 begannen die Normungsaktivitäten zu VDSL, wobei man sich bei ETSI und ANSI zunächst über die Anforderungen Gedanken machte [19, 20]. Die technische Umsetzung spaltete die VDSL-Welt aber bald in zwei Lager: die VDSL-Koalition und die VDSL-Allianz. Die VDSL-Koalition will ein Einträgermodulationsverfahren (CAP, QAM) nutzen, wobei das Frequenzspektrum in je zwei Auf- und zwei Abwärtskanäle geteilt wird. Bei der Frequenzaufteilung wurden viele Frequenzpläne geprüft, für Europa wird der Plan 998 bevorzugt [21]. Das Bild 3 zeigt diesen Plan mit den Masken für normalen Vermittlungsstelleneinsatz. Die VDSL-Allianz sprach sich für die Nutzung der DMT (angelehnt an ADSL) aus. Allerdings favorisierte man zur Richtungstrennung zunächst ein mit Zipper bezeichnetes Zeitmultiplexverfahren. Aufgrund der Schwierigkeiten bei der Synchronisation hat man sich nun auch auf das Frequenzmultiplexverfahren fixiert [22]. Der Plan 998 soll auch hier Anwendung finden. Bei der Normung will man nun Kompromisse eingehen. Bei ANSI hat man sich auf eine vorläufige Norm (Trial- Use-Standard) mit einem allgemeinen und je einem derzeit gleichwertigen Teil für CAP/QAM und DMT geeinigt [23], wobei nach einer Einführungsphase ähnlich wie bei ADSL ein Modulationsverfahren entfällt. ETSI hingegen will beide Ansätze zum Standard erklären. Die ITU-T wünscht von Anfang an nur eine Lösung [24]. Verschiedene Interessenvereinigungen wurden ins Leben gerufen, damit rascher Fortschritt bei der Standardisierung und Einführung von VDSL erzielt wird. Beispielsweise wurde im August 2000 das Full Service VDSL-Komitee (FS-VDSL) gegründet [25]. xdsl-markterweiterung In letzter Zeit wurden für die Anwendung der xdsl-techniken neue Ein- 28

3 satzfälle propagiert, z. B. VoDSL. Eine weitere Entwicklungsrichtung, der man immer mehr Bedeutung beimißt, ist das Inhouse-DSL für Gebäude mit vielen Mietparteien und Hotels. Bild 3: Spektrale Leistungsdichte für VDSL im normalen Vermittlungsstellenbetrieb; nach [23] VoDSL Ob die Begriffsbildung VoDSL glücklich war oder nicht, darüber kann man streiten. Es ist immer wieder zu lesen, daß die xdsl-verfahren anfänglich vor allem für die Datenübertragung konzipiert wurden, und daß erst seit einiger Zeit Sprachübertragung mittels xdsl realisiert wird. Diese Aussage ist so nicht ganz korrekt, denn schon bei ISDN der Mutter aller xdsl-techniken war die Sprachübertragung selbstverständlich. Auch das HDSL-Verfahren wird schon seit vielen Jahren z. B. für Voice-Pair-Gain-Systeme verwendet. Die obige Aussage wird erst dann richtig, wenn man ergänzt, daß die Sprache paketweise (und meist auch in komprimierter Form) übertragen wird. Für die Paketübertragung verwendet man ATM (Asynchronous Transfer Mode) oder das IP (Internet Protocol). Doch ist die Handhabung der Abkürzungen nicht immer problemlos so wird z. B. gelegentlich VoDSL mit VoATM gleichgesetzt [26]. Im Bild 4 sind die VoDSL-Transportmöglichkeiten für ADSL dargestellt. Mit VoDSL kann ein Netzbetreiber gleichzeitig Sprach- und Datendienste anbieten, wobei insbesondere gut betuchte Privathaushalte (zwei PCs, zwei bis fünf TAL, 200 US-$/Monat Kommunikationskosten) und kleinere Unternehmen (vier bis acht PCs, vier bis 16 TAL, 500 US-$/Monat Kommunikationskosten) als Kunden ins Auge gefaßt werden [27]. VoDSL ist besonders für neue Netzbetreiber attraktiv, die bei den traditionellen Netzbetreibern TAL für teures Geld mieten müssen und nun mit VoDSL diese TAL besser vermarkten können. Die Aussichten sind sehr vielversprechend. Ende 2000 soll es in den USA ca VoDSL-Anschlüsse gegeben haben, Prognosen für 2004 gehen von 2,9 Mio. aus [27]. Ein Blockschaltbild für eine SHDSL-basierende VoDSL-Lösung mit ATM ist im Bild 5 gezeigt. Aktuelle Informationen zu VoDSL sind in [28] zu finden. Inhouse-DSL Wenn heutzutage über den Einsatz der xdsl-techniken in Gebäuden gesprochen wird, dann zielt man dabei auf Gebäude mit mehreren Mietparteien ab: MTUs (Multi-Tenant Units) mit Geschäftskunden, MDUs (Multi- Dwelling Units) mit Privatkunden und MHUs (Multi-Hotel Units). Die Marktprognosen gehen von folgenden Gebäudezahlen aus: MTUs mit mehr als sechs Mietern in den USA , weltweit ; MDUs mit mehr als zehn Mietern in den USA ; MHUs mit Zimmerpreisen über 60 US-$ über Hotels in den USA [29, 30]. Laut [31] sind SDSL, ADSL, G.lite und VDSL die bevorzugten Varianten für den Einsatz in Gebäuden. Geräte für Inhouse-DSL werden von einer Reihe von Firmen angeboten, z. B. mit SDSL von RCNetworks und Copper Mountain [32,33]. Stolpersteine auf dem Weg der Marktdurchdringung Man kann die Augen nicht davor verschließen, daß es auch Schwierigkeiten bei der breiten Einführung von xdsl gibt. Zum einen wirtschaftlichorganisatorischer, aber auch technischer Natur. Daher haben sich auch nicht alle früheren Marktprognosen bewahrheitet. So wird nicht selten Bild 4: VoDSL-Transportmöglichkeiten (CVoDSL Channelized VoDSL) von den neuen Netzbetreibern das Argument ins Feld geführt, daß die alteingesessenen Netzbetreiber die Zugangsmöglichkeiten zu den Kollokationsräumen nicht gerade großzügig handhaben und es daher zu Verzögerungen bei der Dienstbereitstellung kommt. Insbesondere von der DTAG wird im Zusammenhang mit T-DSL die begrenzte Lieferfähigkeit der ADSL- Schaltkreis- bzw. -Gerätehersteller angeführt [12, 34]. So daß noch rund zwei Drittel aller Interessenten, die einen T-DSL-Auftrag erteilt haben, auf ihren Anschluß warten müssen. Laut Umfrage der Internet World sollen sich deshalb bereits knapp 24 % der Befragten dazu entschlossen haben, zur Konkurrenz zu wechseln [35]. Neben Siemens und ECI Telecom will die Telekom nun weitere Lieferanten beauftragen [36]. Frustrierte T-DSL-Anwärter können ihr Leid mit anderen im Web teilen [37]. Leider werden auch hier oft Äpfel und Birnen in einen Korb geworfen, denn T-DSL ist ja nur eine Variante von xdsl. Und bei vielen anderen xdsl-varianten gibt es seit Jahren keine derartigen Probleme, so daß eine Verallgemeinerung nicht angebracht ist. Bei Betrachtung der gegenwärtigen Schwerpunkte werden auf Tagungen und in Diskussionsforen zunehmend die technischen Probleme angesprochen, die von Experten schon immer als Warnungen ins Feld geführt wurden; bedingt nun auch bei der Telekom [38]. 29

4 Spektrale Managementklassen EWL = L26 + (3/4 L24) in kft (Kilofeet), wobei L26 die Gesamtlänge einer TAL mit 26 AWG (0,404 mm Aderdurchmesser) ohne jegliche Stichleitungen ist und L24 die Gesamtlänge einer TAL mit 19 AWG (0,912 mm), 22 AWG (0,643 mm) oder 24 AWG (0,511 mm) ohne Stichleitungen. Die Formel gilt für Systeme, die im Frequenzbereich bis max. 1,1 MHz arbeiten. Große Bedeutung kommt bei xdsl zum Beispiel der Vorabqualifizierung, der spektralen Kompatibilität und der Interoperabilität zu. Mittlerweile hat man doch erkannt, daß die Physik der Kupferdoppeladern nicht überlistet werden kann und daß im Vorfeld des Einsatzes von xdsl-technologien etwas getan werden muß, um einen Dienst zuverlässig anbieten zu können. Oft wurde in diesem Zusammenhang der Sachverhalt der Vorabqualifizierung vernachlässigt. Das heißt, bevor eine TAL für die Digitalsignalübertragung freigegeben werden kann, sind Messungen notwendig, die u.a. auch eine zukünftige Beschaltung von Kabelbündeln berücksichtigen. Nach den mitunter unerfreulichen Erfahrungen der letzten Jahre ist es erstaunlich, daß schon zu ersten UDSL-Systemen (Unidirectional DSL) spezielle Störsignalgeneratoren entwickelt wurden, die eine zukünftige Kabelbeschaltung simulieren konnten [39]. Ziel der Netzbetreiber bzw. Diensteanbieter ist es, möglichst hohe Bitraten zu möglichst vielen Teilnehmern zu übertragen. Der einfachste Weg scheint eine Erhöhung der Sendeleistung zu sein, aber es ist allgemein bekannt, daß es dann bei der xdsl- Übertragung zur stärkeren Beeinflussung der Kupferdoppeladern untereinander kommt. Als es früher nur einen Betreiber des jeweiligen TAL- Netzes gab, konnte dieser selbst das spektrale Management durchführen, d.h. durch geschickte Kabelbeschaltung das Nebensprechen minimieren. Mit der Liberalisierung hat sich die Situation im TAL-Netz verändert, und es mußten Wege gesucht werden, die den Betrieb verschiedener Netzbetreiber in einem Kabel gewährleisten. Durch entsprechendes spektrales Management soll der Betrieb von Systemen verschiedener Netzbetreiber in einem Kabel ermöglicht werden. Ohne Richtlinien ist kein sicheres entbündeltes TAL-Netz möglich. Die Anforderungen an diese Richtlinien sind: Ein zusätzlicher Dienst in einem Kabel darf Dienste existierender Teilnehmer nicht stören; die Möglichkeit, einen Dienst anbieten zu können, muß genau vorhersehbar sein; wenn ein Dienst angeboten wird, dann muß dieses Angebot auf lange Sicht gelten; die Handhabung der Richtlinien muß so einfach sein, daß sie praktisch von allen Diensteanbietern nutzbar sind; mit den Richtlinien muß eine effektive Planung möglich sein. Das gegenwärtig aktuellste und am weitesten fortgeschrittene Dokument für derartige Richtlinien stammt vom ANSI [40]. Neben einer analytischen Methode zum Nachweis der spektralen Kompatibilität wird auch eine Methode mit der Einordnung der einzelnen leitungsgebundenen Technologien bzw. Systeme für die TAL in eine von neun sog. spektralen Managementklassen (Spectral Management Class SMC) festgeschrieben. In der Tabelle (links) sind in Anlehnung an [41] die spektralen Managementklassen mit Beispielsystemen und der sog. Equivalent Working Length (EWL) aufgeführt. Es sei auch darauf hingewiesen, daß durch die Möglichkeit des Line sharing das spektrale Management noch mehr an Bedeutung gewinnt. Traditionelle Netzbetreiber können nicht nur komplette TAL an neue Netzbetreiber vermieten, sondern auch nur bestimmte Frequenzbereiche. Die Folge kann sein, daß über eine xdsl-basierende TAL ein Netzbetreiber den Sprachdienst und ein anderer Netzbetreiber den Datendienst anbietet [42, 43]. Laut [44, 45] ist in Deutschland bereits der Streit zum Line sharing entbrannt, weil beispielsweise ungeklärt ist, an wen sich der Kunde wenden soll, wenn sich mehrere Diensteanbieter die TAL teilen. Vorabqualifizierung Bei der Vorabqualifizierung sollen die Leitungsparameter ermittelt werden, die den erfolgreichen Einsatz für die Digitalsignalübertragung beeinträchtigen könnten: Länge der TAL, Kabelbeschaltung, Stichleitungen, Pupinisierung usw. Wenn sich anfänglich nur wenige Firmen dieser Thematik widmeten, so gibt es heute Lösungen nicht nur von traditionellen Test- Spektrales Management Bild 5: VoDSL-Blockschaltbild (IAD Integrated Access Device; TE Teilnehmerendeinrichtung; DSLAM DSL- Access Multiplexer) 30

5 geräteherstellern, sondern auch von Quereinsteigern. Offensichtlich hat man erkannt, daß sich bei der Vorabqualifizierung ein doch nicht unerheblicher Markt auftut, der sehr bedeutsam für den Erfolg von xdsl ist. Neben transportabler Meßtechnik (z. B. von Trend Communications, Fluke, Sunrise oder Acterna) gibt es Technik für den Einbau in die Vermittlungsstellen. Diese Gerätschaften werden in der Vermittlungsstelle zwischen Linecard und Hauptverteiler installiert und dienen nicht nur zur einmaligen Messung und Beurteilung der Tauglichkeit der TAL, sondern auch noch zu regelmäßigen Kontrollmessungen, zum Ersatzschalten bei eventuell defekten Linecards, zur vereinfachten Fehlersuche und zum Rangieren, wenn der Teilnehmer den Dienst wechselt. Eine Anbindung für das Management-Protokoll SNMP (Simple Network Management Protocol) ist schon fast selbstverständlich. Als ausgewählte Hersteller können genannt werden: Cornet Technology, Turnstone Systems, Teradyne, Harris, Hekimian, NHC Communications. Eine interessante neue Lösung stellt die Diagnose-Software Dr.DSL von Aware dar [46]. Das System interpretiert die gesammelten Daten so, daß im Vorfeld die zu erwartende Bitratenreduzierung berechnet werden kann. Über praktische Erfahrungen mit einem sog. Celerity Vorabqualifizierungssystem von Teradyne in einem Test bei der British Telecom wird in [47] berichtet (1 Mio. TAL qualifiziert). Interoperabilität Bei den ersten Generationen von xdsl-systemen war die Normung nicht soweit fortgeschritten, daß Interoperabilität gewährleistet werden konnte (ISDN bis heute 2B1Q und 4B3T). Dies behinderte eine schnellere xdsl-entwicklung. Doch hat man es in entsprechenden Foren und Normungsgremien erkannt und seit geraumer Zeit der Thematik große Aufmerksamkeit geschenkt. Regelmäßig publizieren die Hersteller von Geräten für die Teilnehmerseite Informationen über erfolgreiche Tests mit Herstellern von DSLAMs (z.b. CopperMountain/Efficient). Neue Interessenvereinigungen, die sich dem Thema Interoperabilität verschrieben haben, wurden in letzter Zeit gegründet, z.b. OpenDSL und OpenVOB (VoB Voice over Broadband Interoperability Group). Gemeinsam mit verschiedenen xdsl-konsortien spielt die Universität New Hampshire eine wichtige Rolle bei Interoperabilitätstests. Der Großteil der Fachwelt ist fest davon überzeugt, daß sich xdsl zukünftig erfolgreich neben anderen Accesstechnologien behaupten wird. (we) 31